应用电化学-第三章
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碱性Ni/Cd电池的表示为：
负极反应：
正极反应：
电池反应：
由于在充电时，正极板先达到全充电，析出 的氧气可通过渗透性隔膜渗透到负极，且镉 对氧气有强的化合能力：
4 氢镍电池
氢镍电池（MHx-Ni）：原理是利用贮氢合金 能用电化学方法可逆的吸收和放出氢，并能 用于可逆贮氢电极。
MHx-Ni电池的反应机理：充电时氢由正极到 负极，放电时氢由负极到正极，电解液没有 增减现象。
6. 电池的寿命 使用寿命：电池工作到不能再工作的时间寿命
循环寿命：在二次电池报销前，电池经历的充 放电次数．循环寿命与放电深度、充放电电 流和温度有关。
贮存寿命：电池性能或电池容量降低到额定指 标以下时的贮存时间。贮存寿命与电池的自 放电有关。
7.自放电
自放电：由于电池中一些自发过程的进行而引 起的电池容量的损失。
2 化学电源的主要性能
1.化学电源的电动势和开路电压 电池电动势：理论电压，无电流通过时正负极间的电极
电势差。 开路电位：无负荷情况下的电池电势。 2.工作电压和电池的内阻 工作电压：电池有电流流过时的端电压（受电流、放电
深度、温度影响） 电池放电的电压特性：额定电压、中点电压、截止电压
当电池外加一负载时，外线路中有电流通过，
2 碱性锌锰电池 锌锰电池→碱性锌锰电池和空气极化电池
盐类电解液锌锰电池：
负极反应：
正极反应： 放电过程中离子反应：
-
电极反应：
碱性电解液锌锰电池： 负极反应： 正极反应：
电极反应：
碱性锌锰电池的放电反应： 碱性锌锰电池的放电曲线：
碱性锌二氧化锰剖面图
1.电镀铜上盖（+）；2.KOH 电解质；3.MnO2阴极；4.光 纺纤维隔离物；5.复合聚乙 烯牛皮纸；6.金属突出物；7. 纸板绝缘物；8.钢筒；9.黄 铜集流器；10.粉状锌阳极； 11.镀铝彩印钢外套；12.尼 龙密封圈；13.钢制电池内底； 14.电镀弹簧铜的压簧片；15. 金属垫圈；16电镀的铜外底 （-）；17.黄铜铆钉
负 合极 金： （贮MH氢x合） 金（如LaNiHx，x=6）或钛-镍 正极：碱性Ni/Cd电池中Ni电极技术
3 其他几种锌一次电池
1.锌-氧化汞电池
锌-氧化汞电池的表示式： 正极反应： 电池反应：
优点：稳定，自放电＜1％，高温下可 工作，用于医疗器械等。
2. 锌空气电池
锌空气电池的表示式： 负极反应： 正极反应： 电池反应：
优点：没有污染，比能量高，负极锌的利用体积大。
3. 锌-氧化银电池
锌-氧化银电池的表示式： 负极反应： 正极反应： 电池反应：
第三章 化学电源
§３.１概述 §３.２一次电池 §３.３二次电池 §３.４燃料电池
§３.１概述
１ 主要术语
化学电源:俗称电池,是将氧化还原的化学能转 化成电能的装置。
充(放)电过程:化学电源对(被)外电路供电的 过程。
化学电源的分类:一次电池、二次电池、储备 电池、燃料电池。
化学电源的组成：正、负极和电解液。
原因（1）不期望的副反应的发生；（2）电池 内部变化而导致的接触问题；（3）活性物质 的再结晶；（4）阳极溶解；（5）电解质桥 上的放电。
8.过充电
对二次电池，充电时间太长，出现新的电极反 应，如水的电解。
3 化学电源的选择和应用
理想的电化学电池应是安全、价廉、容量大、 输出功率范围大、工作温度和环境条件限制 小、贮存寿命长等。
电池的内阻不变（不增大）
§３.3 二次电池
1 二次电池的一般性质及应用 二次电池：又称蓄电池或可充电电池，电池
放电后可通过充电方法使活性物质复原后能 够再放电，且充、放电过程能反复多次循环 进行的一类电池。 二次电池放电后须充电才能使活性物质的复 原，充电方式有恒电流充电、变电流充电和 定电位充电三种。
1一次电池的通性及应用
一次电池：电池放电后不能复原的一类电池
优点：方便、简单、容易使用、维修量小、贮存寿命 长、适当的比能量和比功率，可靠、成本底。
比能量和比功率有较大提高时，可应用于便携式收音 机，通讯及电子仪器，测距仪，发报机等。
一次电池都是轻便能源，按使用的电解液分类可分为 碱或酸性电池、盐类电解电池、有机电解质溶液电 池和固体电解质电池。
恒电流放电 变电流放电 恒电阻放电
5.比能量和比功率
电池的能量是在一定条件下，电池所作出的电功， 为放电容量与电池平均工作电压的乘积。
W = C * V平均
电池的比能量： 单位质量或单位体积的电池所输出的能量
电池功率：P=W/t
在一定条件下，电池在单位时间内所输出的能量。 电池的比功率： 单位质量或单位体积电池所输出的功率。
铅酸蓄电池在充电后期，电极上发生的电化学行为
正极：
负极：
多孔玻璃纤维隔板为氧气的还原提供了条件：
生成的硫酸铅在充电时变为海绵状的铅
扩散到负极的氧气还原为水：
3 碱性Ni/Cd电池
碱性Ni/Cd电池三个发展阶段：极板（或袋式）电 池→烧结式电池→密封式电池
该电池的优点：寿命长、自放电少、低温性能好耐 过充放电能力强等
电池的工作电压V：
放电时
充电时
内阻
极化内阻
3.电流和反应速率 电流是电池充（放）电速度的一种量度，与电
活性物质的电子迁移速度、电解质中离子迁 移速度、电池的制造工艺和电池大小有关。
4.电池的容量及影响因素
电池容量：在一定的放电条件下，电池放电到终 止电压时所放出的电量。
电池理论的容量；
实际容量则通过以下关系式计算：
选择电池可考虑的因素有： （1）电池类型；（2）电化学体系；（3）电压； （4）负载和放电形式；（5）放电制度；（6）温度
（7）使用时间；（8）物理性能；（9）贮存性能； （10）充放电循环；（11）环境条件；（12）安全性 和可靠性；（13）苛刻的工作条件；（14）维护和补
充；（15）成本。
§３.２一次电池
2 铅酸蓄电池
铅酸蓄电池的表示式：
负极反应： 正极反应：
电池反应：Fra Baidu bibliotek
铅酸蓄电池有较强的自放电现象，影响电池寿命的 主要原因：
（1）极板栅腐蚀； （2）正极活性物质的脱落； （3）负极自放电； （4）极板栅硫酸化。
铅酸蓄电池由正负极板栅、隔膜、电解液及壳体组成。 典型的密封胶体铅酸蓄电池结构图如下图所示：
负极反应：
正极反应：
电池反应：
由于在充电时，正极板先达到全充电，析出 的氧气可通过渗透性隔膜渗透到负极，且镉 对氧气有强的化合能力：
4 氢镍电池
氢镍电池（MHx-Ni）：原理是利用贮氢合金 能用电化学方法可逆的吸收和放出氢，并能 用于可逆贮氢电极。
MHx-Ni电池的反应机理：充电时氢由正极到 负极，放电时氢由负极到正极，电解液没有 增减现象。
6. 电池的寿命 使用寿命：电池工作到不能再工作的时间寿命
循环寿命：在二次电池报销前，电池经历的充 放电次数．循环寿命与放电深度、充放电电 流和温度有关。
贮存寿命：电池性能或电池容量降低到额定指 标以下时的贮存时间。贮存寿命与电池的自 放电有关。
7.自放电
自放电：由于电池中一些自发过程的进行而引 起的电池容量的损失。
2 化学电源的主要性能
1.化学电源的电动势和开路电压 电池电动势：理论电压，无电流通过时正负极间的电极
电势差。 开路电位：无负荷情况下的电池电势。 2.工作电压和电池的内阻 工作电压：电池有电流流过时的端电压（受电流、放电
深度、温度影响） 电池放电的电压特性：额定电压、中点电压、截止电压
当电池外加一负载时，外线路中有电流通过，
2 碱性锌锰电池 锌锰电池→碱性锌锰电池和空气极化电池
盐类电解液锌锰电池：
负极反应：
正极反应： 放电过程中离子反应：
-
电极反应：
碱性电解液锌锰电池： 负极反应： 正极反应：
电极反应：
碱性锌锰电池的放电反应： 碱性锌锰电池的放电曲线：
碱性锌二氧化锰剖面图
1.电镀铜上盖（+）；2.KOH 电解质；3.MnO2阴极；4.光 纺纤维隔离物；5.复合聚乙 烯牛皮纸；6.金属突出物；7. 纸板绝缘物；8.钢筒；9.黄 铜集流器；10.粉状锌阳极； 11.镀铝彩印钢外套；12.尼 龙密封圈；13.钢制电池内底； 14.电镀弹簧铜的压簧片；15. 金属垫圈；16电镀的铜外底 （-）；17.黄铜铆钉
负 合极 金： （贮MH氢x合） 金（如LaNiHx，x=6）或钛-镍 正极：碱性Ni/Cd电池中Ni电极技术
3 其他几种锌一次电池
1.锌-氧化汞电池
锌-氧化汞电池的表示式： 正极反应： 电池反应：
优点：稳定，自放电＜1％，高温下可 工作，用于医疗器械等。
2. 锌空气电池
锌空气电池的表示式： 负极反应： 正极反应： 电池反应：
优点：没有污染，比能量高，负极锌的利用体积大。
3. 锌-氧化银电池
锌-氧化银电池的表示式： 负极反应： 正极反应： 电池反应：
第三章 化学电源
§３.１概述 §３.２一次电池 §３.３二次电池 §３.４燃料电池
§３.１概述
１ 主要术语
化学电源:俗称电池,是将氧化还原的化学能转 化成电能的装置。
充(放)电过程:化学电源对(被)外电路供电的 过程。
化学电源的分类:一次电池、二次电池、储备 电池、燃料电池。
化学电源的组成：正、负极和电解液。
原因（1）不期望的副反应的发生；（2）电池 内部变化而导致的接触问题；（3）活性物质 的再结晶；（4）阳极溶解；（5）电解质桥 上的放电。
8.过充电
对二次电池，充电时间太长，出现新的电极反 应，如水的电解。
3 化学电源的选择和应用
理想的电化学电池应是安全、价廉、容量大、 输出功率范围大、工作温度和环境条件限制 小、贮存寿命长等。
电池的内阻不变（不增大）
§３.3 二次电池
1 二次电池的一般性质及应用 二次电池：又称蓄电池或可充电电池，电池
放电后可通过充电方法使活性物质复原后能 够再放电，且充、放电过程能反复多次循环 进行的一类电池。 二次电池放电后须充电才能使活性物质的复 原，充电方式有恒电流充电、变电流充电和 定电位充电三种。
1一次电池的通性及应用
一次电池：电池放电后不能复原的一类电池
优点：方便、简单、容易使用、维修量小、贮存寿命 长、适当的比能量和比功率，可靠、成本底。
比能量和比功率有较大提高时，可应用于便携式收音 机，通讯及电子仪器，测距仪，发报机等。
一次电池都是轻便能源，按使用的电解液分类可分为 碱或酸性电池、盐类电解电池、有机电解质溶液电 池和固体电解质电池。
恒电流放电 变电流放电 恒电阻放电
5.比能量和比功率
电池的能量是在一定条件下，电池所作出的电功， 为放电容量与电池平均工作电压的乘积。
W = C * V平均
电池的比能量： 单位质量或单位体积的电池所输出的能量
电池功率：P=W/t
在一定条件下，电池在单位时间内所输出的能量。 电池的比功率： 单位质量或单位体积电池所输出的功率。
铅酸蓄电池在充电后期，电极上发生的电化学行为
正极：
负极：
多孔玻璃纤维隔板为氧气的还原提供了条件：
生成的硫酸铅在充电时变为海绵状的铅
扩散到负极的氧气还原为水：
3 碱性Ni/Cd电池
碱性Ni/Cd电池三个发展阶段：极板（或袋式）电 池→烧结式电池→密封式电池
该电池的优点：寿命长、自放电少、低温性能好耐 过充放电能力强等
电池的工作电压V：
放电时
充电时
内阻
极化内阻
3.电流和反应速率 电流是电池充（放）电速度的一种量度，与电
活性物质的电子迁移速度、电解质中离子迁 移速度、电池的制造工艺和电池大小有关。
4.电池的容量及影响因素
电池容量：在一定的放电条件下，电池放电到终 止电压时所放出的电量。
电池理论的容量；
实际容量则通过以下关系式计算：
选择电池可考虑的因素有： （1）电池类型；（2）电化学体系；（3）电压； （4）负载和放电形式；（5）放电制度；（6）温度
（7）使用时间；（8）物理性能；（9）贮存性能； （10）充放电循环；（11）环境条件；（12）安全性 和可靠性；（13）苛刻的工作条件；（14）维护和补
充；（15）成本。
§３.２一次电池
2 铅酸蓄电池
铅酸蓄电池的表示式：
负极反应： 正极反应：
电池反应：Fra Baidu bibliotek
铅酸蓄电池有较强的自放电现象，影响电池寿命的 主要原因：
（1）极板栅腐蚀； （2）正极活性物质的脱落； （3）负极自放电； （4）极板栅硫酸化。
铅酸蓄电池由正负极板栅、隔膜、电解液及壳体组成。 典型的密封胶体铅酸蓄电池结构图如下图所示：